基于高中物理核心素養(yǎng)下等效思維的顯化教學(xué)

李雍剛

摘 要：高中物理教學(xué)除了要教學(xué)生物理知識外，還應(yīng)在科學(xué)研究過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和習(xí)慣。本文以物理的核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，從教與學(xué)的角度探討了體現(xiàn)等效思想方法在物理教學(xué)中的對策。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);等效思維;顯化

《普通高中物理課程標準》將科學(xué)思維作為物理核心素養(yǎng)的重要組成部分。本課程基于“引導(dǎo)學(xué)生體驗科學(xué)探究過程、體驗科學(xué)研究方法和養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣”。物理教學(xué)要充滿物理觀念，學(xué)生的智慧應(yīng)該是物理觀念，受到物理學(xué)思維的啟發(fā)，實現(xiàn)了從知識課堂到智慧課堂的成長。在課堂教學(xué)實踐中，教師要展示科學(xué)思維和方法的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生靈活、獨立地運用科學(xué)思維和方法，以期提高他們運用已知的方法解決身體實際問題的能力，使學(xué)生能夠少走彎路。

一、物理科學(xué)思維與等效思想概念的界定

物理學(xué)的科學(xué)思維意味著人們在理解物質(zhì)世界的過程中，可以有意識地從物理學(xué)的角度看自然現(xiàn)象和實際問題，有意識地利用物理知識來解釋現(xiàn)象和解決問題，科學(xué)思維也是物理核心素養(yǎng)的最重要方面之一。等效思維，也稱為等效思維，是指在解決問題的過程中改變研究對象的對象、過程、結(jié)構(gòu)和功能的思維方法。 物理學(xué)上的等效方法是用眾所周知的物理情況和過程替換困難和不熟悉的情況和過程，并保持結(jié)果不變，以使其簡化，便于更快地了解問題的本質(zhì)，并找到解決問題的捷徑。

二、等效思想顯化教學(xué)的現(xiàn)狀

《課程標準》的教學(xué)明確要求教師引導(dǎo)學(xué)生體驗“等同”的物理思想，使學(xué)生可以在觀察和實驗的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)推理和科學(xué)論證得出結(jié)論，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。在課程標準中，等效思維方法的具體內(nèi)容沒有以直接的形式直觀地體現(xiàn)出來，只能由老師巧妙地引導(dǎo)學(xué)生滲透到等效方法的教育中。這種“隱性教育”的方法不利于當(dāng)前學(xué)生的快速發(fā)展。另外，大多數(shù)教科書只安排了概念和法則的教學(xué)要求，對物理等效思維方法的介紹很少。我們認為，教師在物理概念，規(guī)律，實驗，練習(xí)等方面的“顯性教育”，更有利于學(xué)生的快速學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

三、等效思想在物理教學(xué)中的顯化

1.在物理規(guī)律的教學(xué)中顯化等效思想

物理定律來自物理現(xiàn)象的物理過程，通過精煉形成的內(nèi)部聯(lián)系反映了事物運動和發(fā)展的過程。現(xiàn)成的物理定律是物理學(xué)家經(jīng)過長期探索和研究后形成經(jīng)驗知識，理解過程更加復(fù)雜。例如，在探究直線運動位移與勻速換擋時間之間的關(guān)系時，利用學(xué)生的已有知識，直接揭示了等效思維的應(yīng)用，并將勻速直線運動轉(zhuǎn)換為勻速直線運動。方法1：v-t圖像包圍的區(qū)域表示對象的位移。由于物體以勻速線性運動的速度是恒定的，因此其位移可以表示為s = v * t。 v-t圖像中由圖形和時間軸包圍的區(qū)域與位移的值完全相等，如果彎鉤發(fā)生變化，我們可以將時間分成無數(shù)小段，每個小段都可以等效于一個小矩形，封閉區(qū)域是在這小段時間內(nèi)發(fā)生的位移。如果劃分得更好，則預(yù)期的運動越接近。方法2：利用平均速度的特征。由于速度均勻變化，因此v-t圖像中v和t之間的關(guān)系是線性的。鑒于此，我們可以找到一個等效的恒定速度，即勻速位移線性運動的平均速度，并使用該平均速度來“替換”。

2.在課堂教學(xué)中的各個環(huán)節(jié)顯化等效思想

物理課的教學(xué)由許多教學(xué)環(huán)節(jié)組成。在講課、概念、規(guī)則和原理、知識復(fù)習(xí)、內(nèi)容擴展和課堂總結(jié)的介紹中，教師可以自覺地體現(xiàn)物理的思想和方法。以“驗證牛頓第二定律實驗”為例：（1）復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)中等效力的等效原理，使用彎鉤碼或砝碼，用等重板代替恒定拉力，使用彈簧測力計間接測量張力，無系統(tǒng)誤差。平衡摩擦力：使用等效的方法將板的一端升高到一定高度。（2）問題探索中的顯式對等。探索了該實驗要滿足的兩個條件。一種。等效于平衡摩擦：為什么要平衡摩擦？如何平衡？在平衡摩擦力時，是否需要在汽車后懸掛膠帶和重量板？確定是否平衡摩擦，然后再次進行試驗，是否需要重新平衡摩擦？ b。恒力的等效值，m << M。（3）數(shù)據(jù)處理中的等效思想方法除了使用計算方法來處理數(shù)據(jù)外，實驗還可以從圖像開始并以圖像為直線，從而達到驗證的目的。

3.在物理實驗探究教學(xué)中顯化等效思想

高中的許多物理實驗，尤其是機械實驗，經(jīng)常使用等效的思想來處理它們。例如，布朗運動實驗和電流場模擬靜電場實驗等價于實驗思想，驗證力的平行四邊形規(guī)則和牛頓第二定律的驗證在原理上是等效的。在研究彈簧變形與外力之間的關(guān)系時，在實驗中，使用鉤形代碼的重力等效值來驗證替換拉伸彈簧的張力。探索兩個彈簧串聯(lián)或并聯(lián)后的等效彈簧剛度系數(shù)，其原理與研究彈簧變形與外力之間關(guān)系的實驗相同。從動作效果上等效，使用平擲運動裝置驗證動量守恒定律，使用碰撞和被擊球的水平范圍的等效值來代替碰撞前后的速度，以及從過程中獲得等效值。與“驗證平行四邊形規(guī)則”實驗中一樣，通過彈簧力測量的力被兩個彈簧測力計代替了作用在橡皮筋上的兩個力，橡皮筋產(chǎn)生相同的變形，效果是相同的，充分體現(xiàn)了等效替換的思想。這個實驗也可以擴展，如果不使用彈簧秤，請使用掛鉤代碼代替彈簧測功機。首先，使用5個掛鉤代碼拉動彈簧并記錄節(jié)點0的位置，然后使用3個4個掛鉤代碼來越過固定滑輪，確認兩條繩索之間的角度接近90°。如果接近90°，則用數(shù)學(xué)方法驗證力的平行四邊形，這體現(xiàn)了相同的思想。

4.在物理習(xí)題教學(xué)中顯化等效思想

在高中物理練習(xí)的教學(xué)中，有些物理問題無法用常規(guī)方法解決，或者過程非常復(fù)雜，計算復(fù)雜。如果可以挖掘等效條件并使用物理等效變換方法解決問題，則可以快速解決問題。例如，平均速度用于使變速過程與勻速運動過程相等，用力綜合分解法解決平衡問題。通過運動合成和分解來解決復(fù)雜的曲線運動，在復(fù)合場中，如果重力和電場力保持平衡，它也會受到洛倫茲力的影響，因此，與僅受洛倫茲力的勻速圓周運動相同。這些等效的處理在理解對象的過程中特別方便。

四、結(jié)束語

等效的想法是解決高中物理問題的重要“關(guān)鍵”，使學(xué)生能夠掌握這一“關(guān)鍵”，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力起著重要的作用。如果學(xué)生在處理特定問題時能夠以相同的方式使用同等的思想，不僅將使學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的啟發(fā)，而且還將提高他們的科學(xué)思維能力和素質(zhì)。

參考文獻

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